CN207869391U - 一种智能音箱和麦克风阵列测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能音箱和麦克风阵列测试系统。智能音箱的主板上设置有多个连接器、中心处理器和音频处理器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，中心处理器内烧录有音频传输软件，音频处理器内烧录有音频处理软件；主板上的多个连接器分别与音频处理器连接，音频处理器与中心处理器连接；通过多个连接器接入多种类型的麦克风阵列采集的音频信号发送至音频处理器，音频处理器进行音频处理后通过中心处理器发送给上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。本实用新型可以满足不同类型不同数量麦克风阵列的测试需求，能够减小评估方案带来的风险。

Description

一种智能音箱和麦克风阵列测试系统

技术领域

本实用新型涉及智能音箱领域，具体涉及一种智能音箱和麦克风阵列测试系统。

背景技术

随着科技技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，智能家居产品逐渐走进人们的生活。智能音箱作为智能家居的控制入口，其进行人机交互的重要组成部分就是麦克风阵列。

目前，现有的智能音箱都是只有数量固定的单种类型的麦克风阵列。为了使得智能音箱的收音效果达到最佳，在智能音箱成品之前，需要根据系统体积尺寸、噪声源及干扰、成本等因素综合评估合适的麦克风阵列方案，在确定合适的麦克风阵列之后，无法对智能音箱中的麦克风阵列进行更改。通过评估确定的麦克风阵列方案，由于考虑因素的不确定性，必定有达不到预期的风险。一旦评估确定的麦克风阵列无法达到较好的声音效果，在更改麦克风阵列的过程中，将重复增加人力投入和时间成本，降低用户体验。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种智能音箱和麦克风阵列测试系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种智能音箱，智能音箱的主板上设置有多个连接器、中心处理器和音频处理器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，中心处理器内烧录有音频传输软件，音频处理器内烧录有音频处理软件；主板上的多个连接器分别与音频处理器连接，音频处理器与中心处理器连接；

通过多个连接器接入多种类型的麦克风阵列采集的音频信号发送至音频处理器，音频处理器进行音频处理后通过中心处理器发送给上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

优选地，所述音频处理器内置在所述中心处理器中，或者，所述音频处理器与所述中心处理器通过芯片接口连接。

优选地，所述音频处理器包括多个，其中一个内置在所述中心处理器中，其他一个或多个与所述中心处理器通过芯片接口连接。

优选地，所述智能音箱的主板上还设置有模数转换电路；所述模数转换电路设置在某个所述连接器和所述音频处理器之间；

通过所述连接器接入模拟麦克风阵列采集的模拟音频信号，通过所述模数转换电路模数转换为数字音频信号后发送至所述音频处理器。

优选地，所述智能音箱的主板上还设置有编译码器和音频输出端口；所述编译码器连接在所述音频处理器和所述音频输出端口之间；

所述音频处理器将音频处理后的数字音频信号发送至所述编译码器，所述编译码器将所述数字音频信号数模转化为模拟音频信号后发送至所述音频输出端口，由所述音频输出端口输出所述模拟音频信号。

优选地，所述智能音箱的主板上还设置有功率放大器和扬声器；所述功率放大器连接在所述编译码器和所述扬声器之间；

所述编译码器将数模转化的模拟音频信号还发送至所述功率放大器，所述功率放大器进行功率放大后发送至所述扬声器，由所述扬声器播放所述模拟音频信号。

优选地，所述中心处理器、所述音频处理器、所述模数转换电路、所述编译码器和所述功率放大器之间的音频传输采用I2S音频传输协议。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种麦克风阵列测试系统，系统包括多种类型的待测试的麦克风阵列、上位机、以及上述的智能音箱；

多种类型的待测试的麦克风阵列对应连接智能音箱的多个连接器，采集同一音源的音频信号，将采集的同一音源的音频信号通过智能音箱的多个连接器发送给智能音箱；

智能音箱通过多个连接器接入多种类型的待测试的麦克风阵列采集的音频信号，通过其内的音频处理器进行音频处理后再通过其内的中心处理器发送给上位机；

上位机对多种类型的待测试的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

优选地，待测试的麦克风阵列的类型包括I2S麦克风阵列、PDM麦克风阵列、TDM麦克风阵列、模拟麦克风阵列中的一种或多种；其中每种类型的麦克风阵列由2、4、6、7或8个麦克风组成。

本实用新型的技术方案通过在智能音箱的主板上设置多个连接器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，使得该智能音箱主板可以对不同类型不同麦克风数量的麦克风阵列进行测试；而且主板上的多个连接器分别与音频处理器连接，从而使得音频处理器可以分别对各个麦克风阵列采集到的音频信号进行音频处理；另外，中心处理器内烧录有音频传输软件，音频处理器内烧录有音频处理软件，音频处理器与中心处理器连接，从而使得音频处理器对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行音频处理后可通过中心处理器发送至上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。可见，本实用新型可以满足不同类型不同数量麦克风阵列的测试需求，能够减小评估方案带来的风险，可以高效率地确定最佳麦克风阵列，并且可以很方便的更换不同的麦克风阵列，具有应用范围广的优势。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例中的一种智能音箱的功能结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例中的另一种智能音箱的功能结构示意图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例中的一种麦克风阵列测试系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

图1示出了根据本实用新型一个实施例中的一种智能音箱的功能结构示意图，如图1所示：

智能音箱200的主板100上设置有多个连接器110、中心处理器120和音频处理器130，每个连接器110用于外接一种类型的麦克风阵列，中心处理器120内烧录有音频传输软件，音频处理器130内烧录有音频处理软件；主板100上的多个连接器110分别与音频处理器130连接，音频处理器130与中心处理器120连接；通过多个连接器110接入多种类型的麦克风阵列采集的音频信号发送至音频处理器130，音频处理器130进行音频处理后通过中心处理器120发送给上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

由此可知，本实用新型的技术方案通过在智能音箱的主板上设置多个连接器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，使得该智能音箱主板可以对不同类型不同麦克风数量的麦克风阵列进行测试；而且主板上的多个连接器分别与音频处理器连接，从而使得音频处理器可以分别对各个麦克风阵列采集到的音频信号进行音频处理；另外，中心处理器内烧录有音频传输软件，音频处理器内烧录有音频处理软件，音频处理器与中心处理器连接，从而使得音频处理器对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行音频处理后可通过中心处理器发送至上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。可见，本实用新型可以满足不同类型不同数量麦克风阵列的测试需求，能够减小评估方案带来的风险，可以高效率地确定最佳麦克风阵列，并且可以很方便的更换不同的麦克风阵列，具有应用范围广的优势。

在本实用新型的一个实施例中，音频处理器内置在中心处理器中，如图1和图2所示，音频处理器130-1内置在中心处理器120中，或者，音频处理器与中心处理器的通过芯片接口连接，如图2所示，音频处理器130-1与中心处理器120通过芯片接口连接。需要说明的是，由于音频处理器无法将处理得到的音频信号直接发送至上位机，因此通过将音频处理器内置在中心处理器中，或者将音频处理器与中心处理器通过芯片接口连接，利用中心处理器所具备的UAC功能将音频信号发送至上位机，从而使得音频处理器能够将声音信号发送至上位机，以便于上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。UAC即USB Audio Class，USB音频类，一个像USB这样的通用数据接口，可以有很多种实现数字音频数据传输的方式，是专注于音频的一个系统层面的传输协议。将音频处理器内置在中心处理器的方式，相比于将音频处理器与中心处理器通过芯片接口连接(相当于将音频处理器与中心处理器外接)的方式，芯片的集成度更高，具有占用更少的空间的优势，从而减小智能音箱主板体积，进而满足小体积智能音箱的设计需求。在实际应用中，可以根据实际需要将音频处理器内置在中心处理器中，或者将音频处理器与中心处理器通过芯片接口连接。本申请对音频处理器与中心处理器的设置方式不作限定。

在本实用新型的一个实施例中，音频处理器包括多个，其中一个内置在中心处理器中，其他一个或多个与中心处理器通过芯片接口连接时，音频处理器有以下三种处理方式：第一种是：当内置在中心处理器中的音频处理器对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行处理时，其他的一个或者多个与中心处理器通过芯片接口连接的音频处理器停止工作，处于闲置状态。第二种是：当一个或者多个与中心处理器通过芯片接口连接的音频处理器对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行处理时，内置在中心处理器中中的音频处理器停止工作，处于闲置状态。第三种是：内置在中心处理器的音频处理器，和与中心处理器通过芯片接口连接的一个或者多个音频处理器同时对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行处理。在实际应用中，测试人员可以根据音频处理器的运算性能或者待测试的麦克风阵列的数量，采用上述三种处理方式中的任意一种对麦克风采集到的声音信号进行相应的处理，从而对各种麦克风阵列的性能进行测试，确定出声学性能最佳的麦克风阵列，减小评估方案带来的风险。

由于麦克风阵列包括数字麦克风阵列和模拟麦克风阵列，数字麦克风阵列在采集到的模拟音频信号后，通过其内部的模数转换电路直接可以将模拟音信信号转换为数字音频信号，也就是说，数字麦克风阵列能够直接输出音频处理器能够处理的数字音频信号。而模拟麦克风阵列在采集到模拟音频信号后，无法直接输出音频处理器能够处理的数字音频信号。因此，需要在某个连接器和音频处理器之间设置一模拟转换电路，将模拟麦克风采集到的模拟音频信号转换为数字音频信号，进而使得音频处理器能够对模拟麦克风采集到的模拟音频信号进行处理。当然，如果待测试的模拟麦克风阵列为不同的麦克风阵列类型，则可对应相应的连接器设置额外的模拟转换电路，本申请对模拟转换电路的数量不作限定。

在本实用新型的一个实施例中，智能音箱的主板上还设置有编译码器和音频输出端口；编译码器主要是对于音频就是A/D和D/A转换。A/D就是将人耳能听到的模拟信号(Analog)转换为电脑能够处理的数字(Digital)信号的编码过程；D/A就是将处理后的数字信号转换为人耳能够听到的模拟信号的解码过程，而编译码器就是具备上述两种功能的处理芯片。编译码器连接在音频处理器和音频输出端口之间；本实施例中，音频处理器将音频处理后的数字音频信号发送至编译码器，编译码器将数字音频信号数模转化为模拟音频信号后发送至音频输出端口，由音频输出端口输出模拟音频信号，从而使得测试人员能够直接听到各个麦克风阵列采集到的声音信号，使得测试人员能够通过人耳听音判断各个麦克风阵列的收音效果，进而一方面通过上位机的测试软件测试各个麦克风阵列的收音效果，另一方面通过人耳听音判断各个麦克风阵列的收音效果，通过双重判断各个麦克风阵列的收音效果的方法，使得各个麦克风阵列的收音效果更加精确，提升用户体验。

在本实用新型的一个实施例中，智能音箱的主板上还设置有功率放大器和扬声器；功率放大器连接在编译码器和扬声器之间；

编译码器将数模转化的模拟音频信号还发送至功率放大器，功率放大器进行功率放大后发送至扬声器，由扬声器播放模拟音频信号，一方面使得测试人员能够更加清晰的听到各个麦克风阵列采集到的声音信号，另一方面使得智能音箱在实际应用中可以根据用户的实际需求对输出的音量进行调节，进一步提升用户体验。

其中，中心处理器、音频处理器、模数转换电路、编译码器和功率放大器之间的音频传输采用I2S音频传输协议。I2S(Inter-ICSound)总线,又称集成电路内置音频总线，是为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准，该总线专门用于音频设备之间的数据传输，广泛应用于各种多媒体系统。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过将数据和时钟信号分离，避免了因时差诱发的失真，为用户节省了购买抵抗音频抖动的专业设备的费用。

为了使得本实用新型的技术方案更加清楚，下面举一个具体的例子进行解释说明。本实施例中，中心处理器采用片上系统(System on Chip，SoC)，音频处理器采用DSP。在DSP和SoC中分别烧录软件，DSP软件支持音频处理，SoC软件有两种版本：一种版本同时支持音频处理和UAC1.0音频传输(此时音频处理器内置在中心处理器中)，另一种版本仅支持UAC1.0音频传输(此时音频处理器外接中心处理器)。

(一)音频处理器内置在中心处理器中，对麦克风的测试过程如下：

当对PDMMIC阵列进行测试时，通过连接器Connector将该阵列连接到智能音箱的主板上，SoC烧录版本一。PDMMIC将接受到的语音信号输出到SoC，SoC将处理后的音频信号通过USB传输到PC，同时也可以通过编译码器Codec进行数模转换并经音频输出端口输出音频。

当对TDMMIC阵列进行测试时，测试过程与对PDMMIC阵列进行测试的过程相同。

当对模拟麦克风阵列AnalogMIC进行测试时，原理同上，唯一不同之处在于，AnalogMIC阵列输出的模拟语音信号经由ADC模数转换后输出数字音频信号到SoC。

(一)音频处理器外接中心处理器(即，音频处理器与中心处理器通过芯片接口连接)，对麦克风的测试过程如下：

当对PDMMIC阵列进行测试时，通过连接器Connector将该阵列连接到智能音箱的主板上，SoC烧录版本二。PDMMIC将接受到的音频信号输出到DSP，DSP将处理后的音频信息经由SoC的UAC功能(例如USB)传输到上位机，同时也可以通过编译码器Codec进行数模转换并经音频输出端口输出音频。

当对TDMMIC阵列进行测试时，测试过程与对PDMMIC阵列进行测试的过程相同。

当对模拟麦克风阵列AnalogMIC进行测试时，原理同上，唯一不同之处在于，AnalogMIC阵列输出的模拟语音信号经由ADC模数转换后输出数字音频信号到DSP。

实施例二

图3示出了根据本实用新型一个实施例中的一种麦克风阵列测试系统的示意图，如图3所示：

系统包括多种类型的待测试的麦克风阵列410_1至410_N、上位机300、以及如图1所示的智能音箱200；

多种类型的待测试的麦克风阵列410_1至410_N对应连接智能音箱200的多个连接器110，采集同一音源的音频信号，将采集的同一音源的音频信号通过智能音箱200的多个连接器110发送给智能音箱200；

智能音箱200通过多个连接器110接入多种类型的待测试的麦克风阵列410_1至410_N采集的音频信号，通过其内的音频处理器130进行音频处理后再通过其内的中心处理器120发送给上位机300；

上位机300对多种类型的待测试的麦克风阵列410_1至410_N采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

由此可知，本实用新型的技术方案可以满足不同类型不同数量麦克风阵列的测试需求，能够减小评估方案带来的风险，可以高效率地确定最佳麦克风阵列，并且可以很方便的更换不同的麦克风阵列，具有应用范围广的优势。

在本实用新型的一个实施例中，待测试的麦克风阵列的类型包括I2S麦克风阵列、PDM麦克风阵列、TDM麦克风阵列、模拟麦克风阵列中的一种或多种；其中每种类型的麦克风阵列由2、4、6、7或8个麦克风组成。其中，PDM代表脉冲密度调制，PDM麦克风阵列只用1bit来传输音频。TDM是时分复用模式，时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。在实际应用中，可以根据实际需要，对各种类型的麦克风阵列进行测试，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。本申请对待测试的麦克风阵列的类型和麦克风的数量不作限定。

综上所述，本实用新型的技术方案通过在智能音箱的主板上设置多个连接器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，使得该智能音箱主板可以对不同类型不同麦克风数量的麦克风阵列进行测试；而且主板上的多个连接器分别与音频处理器连接，从而使得音频处理器可以分别对各个麦克风阵列采集到的音频信号进行音频处理；另外，中心处理器内烧录有音频传输软件，音频处理器内烧录有音频处理软件，音频处理器与中心处理器连接，从而使得音频处理器对各个麦克风阵列采集到的声音信号进行音频处理后可通过中心处理器发送至上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。可见，本实用新型可以满足不同类型不同数量麦克风阵列的测试需求，能够减小评估方案带来的风险，可以高效率地确定最佳麦克风阵列，并且可以很方便的更换不同的麦克风阵列，具有应用范围广的优势。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种智能音箱，其特征在于，所述智能音箱的主板上设置有多个连接器、中心处理器和音频处理器，每个连接器用于外接一种类型的麦克风阵列，所述中心处理器内烧录有音频传输软件，所述音频处理器内烧录有音频处理软件；所述主板上的多个连接器分别与所述音频处理器连接，所述音频处理器与所述中心处理器连接；

通过多个所述连接器接入多种类型的麦克风阵列采集的音频信号发送至所述音频处理器，所述音频处理器进行音频处理后通过所述中心处理器发送给上位机，以便上位机对多种类型的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

2.如权利要求1所述的智能音箱，其特征在于，所述音频处理器内置在所述中心处理器中，或者，所述音频处理器与所述中心处理器通过芯片接口连接。

3.如权利要求2所述的智能音箱，其特征在于，所述音频处理器包括多个，其中一个内置在所述中心处理器中，其他一个或多个与所述中心处理器通过芯片接口连接。

4.如权利要求1所述的智能音箱，其特征在于，所述智能音箱的主板上还设置有模数转换电路；所述模数转换电路设置在某个所述连接器和所述音频处理器之间；

通过所述连接器接入模拟麦克风阵列采集的模拟音频信号，通过所述模数转换电路模数转换为数字音频信号后发送至所述音频处理器。

5.如权利要求4所述的智能音箱，其特征在于，所述智能音箱的主板上还设置有编译码器和音频输出端口；所述编译码器连接在所述音频处理器和所述音频输出端口之间；

所述音频处理器将音频处理后的数字音频信号发送至所述编译码器，所述编译码器将所述数字音频信号数模转化为模拟音频信号后发送至所述音频输出端口，由所述音频输出端口输出所述模拟音频信号。

6.如权利要求5所述的智能音箱，其特征在于，所述智能音箱的主板上还设置有功率放大器和扬声器；所述功率放大器连接在所述编译码器和所述扬声器之间；

所述编译码器将数模转化的模拟音频信号还发送至所述功率放大器，所述功率放大器进行功率放大后发送至所述扬声器，由所述扬声器播放所述模拟音频信号。

7.如权利要求6所述的智能音箱，其特征在于，所述中心处理器、所述音频处理器、所述模数转换电路、所述编译码器和所述功率放大器之间的音频传输采用I2S音频传输协议。

8.一种麦克风阵列测试系统，其特征在于，所述系统包括多种类型的待测试的麦克风阵列、上位机、以及权利要求1至7任一项所述的智能音箱；

所述多种类型的待测试的麦克风阵列对应连接所述智能音箱的多个连接器，采集同一音源的音频信号，将采集的同一音源的音频信号通过智能音箱的多个连接器发送给所述智能音箱；

所述智能音箱通过多个连接器接入所述多种类型的待测试的麦克风阵列采集的音频信号，通过其内的音频处理器进行音频处理后再通过其内的中心处理器发送给所述上位机；

所述上位机对所述多种类型的待测试的麦克风阵列采集的音频信号进行分析处理，从而确定出声学性能最佳的麦克风阵列。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，待测试的麦克风阵列的类型包括I2S麦克风阵列、PDM麦克风阵列、TDM麦克风阵列、模拟麦克风阵列中的一种或多种；其中每种类型的麦克风阵列由2、4、6、7或8个麦克风组成。